Creation of New Gas Bearing Structure Utilizing Self-organizing Algorithm
| Project/Area Number |
20K04244
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
落合 成行 東海大学, 工学部, 教授 (40407995)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | トライボロジー / 気体軸受 / フォイル軸受 / 最適化 / バンプフォイル軸受 / メッシュフォイル軸受 / 自己組織化 / トポロジー最適化 / 回転機械 |
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| Outline of Research at the Start |
近年，地球温暖化に伴う異常気象や気候変動は世界中で深刻な被害をもたらしており，
Co2排出量削減は急務の課題である．軸受は機械システムに広く使われており，その摩擦損失低減は上記課題解決に必要不可欠である．
本研究では，自己組織化アルゴリズムを極めて低摩擦である気体軸受の設計に適用し，新しい軸受設計法を見出すことを目的とする．実験では，X線CTを用いて軸受内部構造の変形の様子を可視化し，解析の妥当性検証も実施する計画である．更に新規に設計・製作する試験装置に適用して，軸受特性改善の実験を行う．最終的に，新たな軸受の提示と共に，その設計手法の確立や最適な構造を得るための指針についても明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，極めて低摩擦である気体軸受において、自己組織化アルゴリズムを適用し，新しい軸受設計法を見出すことを目的としている．また実験装置を設計・製作し，解析モデルの妥当性の検証も実施する計画である．フォイル気体軸受は，気体を潤滑剤として用いるため，低摩擦で環境負荷が極めて小さい軸受であるが，その支持構造においては，未だ未解決な課題を多く有する．このため，支持構造に対して，形状の最適化手法を適用することにより，問題解決を試みる．
本年度は、最適化により得られた新たなフォイル形状の中から、特に重要と考えられる因子を抽出して軸受を製作し，スラスト軸受において実験を行った．実験は二種類の試験装置を用い，一方では軸受の静剛性や負荷容量，摩擦トルクなどの基礎特性について実験し，もう一方では，X線CTにより回転時のフォイル軸受の変形特性を一般的なバンプフォイル軸受と比較した．その結果，基礎特性については，通常のバンプフォイル軸受に比べて同等以上の性能が得られることが確認された．また，X線CTを用いた実験においては，軸受パッドの後縁部において変形が抑制され，軸受負荷を支持する高い圧力が発生し易いことが示唆された．
さらに，ジャーナル軸受においては，新たに高減衰ゴムを用いたフォイル軸受を考案し，基礎実験を行った．ゴムの形状の工夫により，浮上特性や負荷能力の向上が確認された．また，静的な負荷特性曲線の実験から，高い振動減衰能力が期待できることが確かめられた．今後は，振動特性を実験する計画である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
全般的に概ね順調に推移しており，当初計画していなかったアイディアで有望と思われる結果が得られている．今後，引き続き理論と実験の両面から研究を継続し，それらの有効性を検証したい．
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| Strategy for Future Research Activity |
最適化により得られた新たな形状に対しては，この知見に基づいた新たな形状について実験的に検証を実施し，そのメカニズムについて，明らかにする．高減衰ゴムを用いた実験においては，特に振動特性に注目し，その有効性の検証を実施する計画である．また，理論的なアプローチとして，解析プログラムを制作し，実験との比較を実施したい．
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Report
(3 results)
Research Products
(11 results)
